উচ্চ বিশুদ্ধ ম্যাগনেসিয়ামের অগ্রগতিঃ চুল্লি স্কেল ব্যবহার করে অ্যালুমিনিয়াম অশুচিতা অপসারণ ∙ একটি কম খরচে শিল্প সমাধান

জিয়ান জিয়াওটং ইউনিভার্সিটির গবেষকরা একটি অভিনব ম্যাগনেসিয়াম পরিশোধন কৌশলের পথপ্রদর্শক করেছেন যা দক্ষতার সাথে এবং সাশ্রয়ীভাবে শিল্প অবস্থার অধীনে অ্যালুমিনিয়ামের অমেধ্য অপসারণ করে, কম অ্যালুমিনিয়াম উচ্চ-বিশুদ্ধতা ম্যাগনেসিয়ামের বড় আকারের উত্পাদন সক্ষম করে। প্রযুক্তিটি ইতিমধ্যে বাণিজ্যিক উৎপাদন লাইনে স্থাপন করা হয়েছে।

ম্যাগনেসিয়াম হল একটি গুরুত্বপূর্ণ কৌশলগত ধাতু যা হালকা ওজনের পরিবহন, উচ্চ-প্রান্তের ধাতব হ্রাস (যেমন, টাইটানিয়াম, জিরকোনিয়াম) এবং বায়োমেডিকাল ডিভাইসগুলিতে ব্যাপক প্রয়োগের সাথে। বিশ্বের প্রাথমিক ম্যাগনেসিয়ামের প্রায় 80% সিলিকোথার্মিক প্রক্রিয়ার মাধ্যমে উত্পাদিত হয়, যা খরচ এবং স্কেল সুবিধা প্রদান করে কিন্তু উচ্চ এবং ওঠানামাকারী অপরিচ্ছন্নতার মাত্রা - বিশেষ করে অ্যালুমিনিয়ামে ভুগে। অ্যালুমিনিয়ামের উপাদান উৎপাদন ব্যাচ জুড়ে 21-845 mg/kg এর মধ্যে পরিবর্তিত হতে পারে, একটি> 32-গুণ সুইং পাঁচটি বিশুদ্ধতা গ্রেড বিস্তৃত। এই অস্থিরতা ইলেকট্রনিক্স-গ্রেড টাইটানিয়াম, নিউক্লিয়ার-গ্রেড জিরকোনিয়াম এবং মেডিকেল ইমপ্লান্টে ম্যাগনেসিয়ামের ব্যবহারকে সীমিত করে, যখন উৎপাদকদের লাভজনকতা হ্রাস করে।

2023 সালে, দলটি মূল কারণ চিহ্নিত করেছিল: সিলিকোথার্মিক হ্রাসের সময়, অ্যালুমিনিয়াম প্রধানত গ্যাসীয় অ্যালুমিনিয়াম ফ্লোরাইড (AlF3) হিসাবে বিদ্যমান, যা ম্যাগনেসিয়ামের সাথে সহ-ঘন হয়। চুল্লি প্রাচীর স্কেল আমানত বিশ্লেষণ করার পরে, তারা অনুমান করে যে ক্যালসিয়াম অক্সাইড (CaO) কার্যকরভাবে অ্যালুমিনিয়াম অপসারণ করতে পারে।

প্রথম লেখক ঝেং রুই (শিয়ান জিয়াওটং ইউনিভার্সিটির পিএইচডি প্রার্থী) নিশ্চিত করেছেন যে CaO যোগ করার ফলে অ্যালুমিনিয়ামের মাত্রা 109.5 মিলিগ্রাম/কেজি থেকে কমে মাত্র 6.3 মিলিগ্রাম/কেজি হয়েছে — একটি অপসারণের দক্ষতা 90%-এর বেশি। প্রধান কাঁচা ম্যাগনেসিয়াম উৎপাদক টেডা কয়লা রাসায়নিকের সাথে কাজ করে এবং শানসি প্রাদেশিক ম্যাগনেসিয়াম-ভিত্তিক নতুন উপাদান পাইলট বেস ব্যবহার করে, দলটি দ্রুত পদ্ধতিটিকে শিল্পগতভাবে বৈধ করে। পুনরাবৃত্তিমূলক অপ্টিমাইজেশনের পরে, তারা CaO কে ক্যালসাইন্ড ডলোমাইট (CaO এবং MgO-এর মিশ্রণ) দিয়ে প্রতিস্থাপিত করে, একটি কম খরচে, পুনর্ব্যবহারযোগ্য উপাদান যা সাধারণত ম্যাগনেসিয়াম গলানোর কাজে ব্যবহৃত হয়। উচ্চ-বিশুদ্ধতা Mg9998 মান (অতি-নিম্ন অ্যালুমিনিয়াম) পূরণের ম্যাগনেসিয়ামের অনুপাত 0% থেকে 83.3%-এর কাছাকাছি পৌঁছেছে, যা "দুর্ঘটনাজনিত সাফল্য" কে "স্থিতিশীল উৎপাদনে" রূপান্তরিত করেছে।

খরচ বিশ্লেষণ দেখায় যে এই পরিশোধন পদ্ধতিটি মূলধারার ভ্যাকুয়াম পাতনের তুলনায় প্রায় 96% খরচ কমিয়ে দেয়, কম-অ্যালুমিনিয়াম উচ্চ-বিশুদ্ধতা ম্যাগনেসিয়ামের কম খরচে, বড় আকারের উৎপাদনের জন্য একটি ব্যবহারিক পথ সরবরাহ করে।

"অর্থনৈতিক লাভগুলি তাৎপর্যপূর্ণ, তবে যা আমাদের আরও উত্তেজিত করে তা হল সমগ্র মান শৃঙ্খলে চেইন প্রতিক্রিয়া," বলেছেন অধ্যাপক শান ঝিওয়েই, নেচার মেটেরিয়ালস-এ প্রকাশিত গবেষণার সংশ্লিষ্ট লেখক৷ "ম্যাগনেসিয়ামের অ্যালুমিনিয়াম সবসময় ধাতব হয় না - কিছু AlF3 এর মতো যৌগ হিসাবে বিদ্যমান। এগুলি 'অদৃশ্য সমস্যা সৃষ্টিকারী' হিসাবে কাজ করে যা নিম্নধারার পণ্যগুলিতে নিয়ে যায়।"

উদাহরণস্বরূপ, টাইটানিয়াম স্পঞ্জ উত্পাদনে (ইলেকট্রনিক্স-গ্রেড টাইটানিয়ামের জন্য গুরুত্বপূর্ণ), ম্যাগনেসিয়াম একটি হ্রাসকারী এজেন্ট হিসাবে ব্যবহৃত হয়। যদি কাঁচা ম্যাগনেসিয়ামে অনিয়ন্ত্রিত অ্যালুমিনিয়াম থাকে, তবে অ্যালুমিনিয়াম টাইটানিয়ামে স্থানান্তরিত হয় এবং চিপ-গ্রেড টাইটানিয়ামকে নষ্ট করে অপসারণ করা অত্যন্ত কঠিন। বায়োমেডিকাল অ্যাপ্লিকেশানগুলিতে, ক্ষয়যোগ্য ম্যাগনেসিয়াম হাড়ের স্ক্রুগুলিতে উচ্চ অ্যালুমিনিয়াম মানবদেহে জমা হতে পারে এবং আলঝেইমারের ঝুঁকি বাড়াতে পারে। "অ্যালুমিনিয়াম হ্রাস করা মেডিকেল ডিভাইসগুলির জন্যও একটি বিশাল সুবিধা," শান জোর দেন৷

একটি সাধারণ বিশ্বাসের বিপরীতে যে "কাঁচা ম্যাগনেসিয়ামের অ্যালুমিনিয়াম অ্যালুমিনিয়াম-ধারণকারী ম্যাগনেসিয়াম অ্যালোয়ের জন্য কোন ব্যাপার নয়," দলের সর্বশেষ অপ্রকাশিত পরীক্ষাগুলি দেখায় যে এমনকি ট্রেস অ্যালুমিনিয়াম (<0.01 wt.%) উল্লেখযোগ্যভাবে বিশুদ্ধ ম্যাগনেসিয়ামের ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতাকে হ্রাস করে৷ "আমরা এই অনুসন্ধানটি প্রস্তুত করছি - আমরা বিশ্বাস করি সমগ্র ম্যাগনেসিয়াম খাদ ক্ষেত্র এটি থেকে উপকৃত হবে," শান বলেছেন। লাভ মার্জিনের বাইরে, প্রযুক্তিটি ডাউনস্ট্রিম টাইটানিয়াম, ইলেকট্রনিক্স এবং বায়োমেডিকাল শিল্পকে উন্নত করে, যা সম্ভবত শিল্পের মানগুলিতে সংশোধনের প্ররোচনা দেয়।

এই শিল্প চ্যালেঞ্জ ক্র্যাক করার মূল চাবিকাঠি ছিল সঠিক মানসিকতা। দলটি একটি বিভ্রান্তিকর অসঙ্গতি লক্ষ্য করেছে: একই দিনে উত্পাদিত ম্যাগনেসিয়াম অ্যালুমিনিয়ামের মাত্রায় অস্থিরতা দেখায়, যদিও কাঁচামাল, অপারেটর এবং প্রক্রিয়ার অবস্থা স্থিতিশীল ছিল। "এটি যৌক্তিক অর্থে ছিল না," শান স্মরণ করে।

যে "কেন" তাদের প্রোডাকশন ফ্লোরে নিয়ে গেছে। একটি পুরানো কথা বলে: "সবচেয়ে মারাত্মক বিষের জন্য, প্রতিষেধকটি সাতটি ধাপের মধ্যে রয়েছে।" গবেষণায়, সবচেয়ে হতাশাজনক শিল্প সমস্যাগুলি প্রায়ই সবচেয়ে জাগতিক উত্পাদন বিবরণে তাদের সমাধানগুলি লুকিয়ে রাখে। ম্যাগনেসিয়াম রিডাকশন রিঅ্যাক্টরের মুখে তৈরি হওয়া হার্ড স্কেল স্তরের সাথে শ্রমিকরা প্রতিদিন সংগ্রাম করত — যেমন একটি কেটলিতে চুনা স্কেলের মতো। এই "বিরক্তিকর স্কেল" প্রতিদিন ম্যানুয়ালি অপসারণ করতে হয়েছিল, শ্রম গ্রাস করে এবং তাপ স্থানান্তরকে প্রভাবিত করে। যখন দলটি স্কেল বিশ্লেষণ করে, তারা একটি স্থিতিশীল "ক্যালসিয়াম-অ্যালুমিনিয়াম-ফ্লুরো-অক্সাইড" যৌগ খুঁজে পায়।

তাদের পূর্বের জ্ঞানের সাথে মিলিত যে অ্যালুমিনিয়ামের অপরিচ্ছন্নতা AlF3 হিসাবে আসে, অন্তর্দৃষ্টিটি আঘাত করেছিল: যদি স্কেলটি ইতিমধ্যে ক্যালসিয়াম, ফ্লোরিন, অ্যালুমিনিয়াম এবং অক্সিজেনকে কেন্দ্রীভূত করে তবে তারা কি ইচ্ছাকৃতভাবে AlF3 থেকে অ্যালুমিনিয়ামকে "ক্যাপচার" করার জন্য ক্যালসিয়াম অক্সাইড ব্যবহার করতে পারে, এটিকে একটি যৌগিক স্কেল থেকে একটি যৌগিক স্কেল এবং সেলুমিনিয়ামে রূপান্তর করতে পারে? লোহার ফাইলিংকে আকর্ষণ করার জন্য একটি চুম্বক ব্যবহার করার মতো, CaO হয়ে ওঠে মূল "অ্যালুমিনিয়াম শোষণকারী"। নীতিটি সহজ বলে মনে হয়, কিন্তু শুধুমাত্র এক দশকের যান্ত্রিক অধ্যয়ন এবং শিল্প অভিজ্ঞতার পরে দলটি ঘৃণ্য চুল্লি স্কেলের মধ্যে লুকানো সূত্রটি দেখতে পায়।

যা তাদের সবচেয়ে বেশি রোমাঞ্চিত করেছিল তা হল স্বচ্ছতার মুহূর্ত: কর্মীরা যে স্কেলটিকে ঘৃণা করতেন এবং ঘন্টার পর ঘন্টা স্ক্র্যাপ করতে ব্যয় করতেন তা আসলে অ্যালুমিনিয়ামের ওঠানামা সমাধানের মূল রহস্য ধারণ করে। এর দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়ে, দলটি ম্যাগনেসিয়ামের অন্যান্য অমেধ্য নিয়ন্ত্রণের পদ্ধতিকে প্রসারিত করেছে, ধাতু পরিশোধনের জন্য একটি নতুন দৃষ্টান্ত প্রদান করেছে।

প্রফেসর শান জোর দিয়ে বলেন যে এই গবেষণার সবচেয়ে চিত্তাকর্ষক ফলাফল একটি একক প্রযুক্তিগত অগ্রগতি নয় বরং "সাত ধাপের মধ্যে প্রতিষেধক" মানসিকতা - কারখানার মেঝেতে উত্তর খোঁজা এবং সমস্যা থেকেই সমাধান খোঁজা৷ এই পদ্ধতিটি অনুরূপ শিল্প প্রযুক্তি চ্যালেঞ্জগুলিকে গাইড করতে পারে।